专利名称：智能ic卡预付费管理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及供配电技术领域，具体涉及一种智能IC卡预付费管理装置。
背景技术：
当前，我国各电力公司客户拖欠电费、违章用电现象比较严重，如何采用 科学的管理方法和手段来解决目前存在的问题，有效p条低电力公司的经营风险， 保护企业合法利益，为电力事业可持续发展创造有利条件，是摆在我们面前迫
切需要解决的问题。传统的电力预付费装置，只能够通过IC卡电能表现场控制
用户用电量情况，无法实现远程的监测以及控制，这为供电企业增加了不少的 工作量。
对供电部门来说，回收电费难一直是困扰电力部门持续稳定发展的一个瓶
颈，而当前单纯的IC卡预付费系统不能及时得到现场实时数据，至使电力部门
不能在第一时间内得到现场资料，对断送电难于做出科学的抉择。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，如何提供一种智能IC卡预付费管理装置， 该预付费管理装置与营销计量表装置并行运行，采用IC卡做为购电载体，用户 携带IC卡到供电部门进行购电后，到本装置处刷卡充值，装置根据用户所购电 量和营销计量表电量进行用电控制；本装置釆用GSM/GPRS/CDMA等无线通讯 手段将现场信息急时报送主站平台，供电力部门分析抉择。
为达到上述发明目的，本发明所釆用的技术方案为提供一种智能IC卡预 付费管理装置，其特征在于，所述智能IC卡预付费管理装置包括
测量电路，是由电压互感器、电流互感器、电阻网络和交流采样芯片组成 的电子转换和采样电路，其输入端由1个三相电流互感器和3个单相电压互感
器组成的测量回路与电网偶合，所述交流釆样芯片通过SPI通信接口或串口与
主CPU相连；
控制回路，由主CPU、单片机和状态量釆集电路组成，所述单片机的信号 输入端与状态量采集电路的输出端相连，所述单片机的控制输出端与控制电路 的输入端相连，所述主CPU串口的发送口和单片机串口的接收口相连，主CPU 串口的接收口和单片机串口的发送口相连；所述状态量采集电路用于监测继电 器控制状态，实现装置的闭环控制；
动作电路，其输入端通过6个光藕与所述单片机的控制引脚相连，用来实 现控制电路与控制回路的电气隔离；三极管与光藕相连，用于放大驱动继电器 线圏的电流；二极管与继电器线圈并联，构成继电器线圈续流电路；
脉冲采集回路，由主CPU、单片机、脉冲采集电路组成，用于采集脉沖电 能表电量；其中单片机的信号输入端与脉冲采集电路的信号输出端相连；
GPRS/GSM无线通信回路，由主CPU、 GPRS/GSM通信模块、SIM卡座、 非门芯片、发光二极管和射频天线组成；其中GPRS/GSM通信模块通过串口与 主CPU连接，通过SPI总线与SIM卡座相连，通过RF同轴电缆与射频天线相 连；
485总线电路，由485芯片、光藕、直流转换模块、双向二极管和共模电感 组成；其中直流转换;漠块输入端与电源主系统相连，输出端与485总线电路相 连，为485总线电路提供5V电源并同主系统电源进行隔离；其中双向二极管的 一端分别接到485差分总线上，另一端接入大地引线端子；共模电感串入485 差分总线，抑制共模干扰；该电路输入端通过光藕与主CPU的1号串口的发送 引脚相连，输出端通过光藕与主CPU的1号串口的接收引脚相连；
射频通信电路，由射频芯片FM1702SL电路和PCB天线组成，射频芯片
FM1702SL电路通过SPI总线与主CPU相连，主CPU用A7普通I/O 口模拟SPI 总线的输入口与射频芯片FM1702SL电路的12号引脚相连，用A12普通I/O 口 模拟SPI总线的输出口与射频芯片FM1702SL电路的14号引脚相连，用A24普 通i/o 口模拟SPI总线的时钟信号线与射频芯片FM1702SL电路的13号引脚相 连，用A20普通I/O 口模拟SPI总线的片选信号线与射频芯片FM1702SL电路 的15号引脚相连，用A22普通I/O 口模拟复位输出口与射频芯片FM1702SL电 路的23号引脚相连；射频芯片FM1702SL电路的TX1、 TX2、 RX与PCB环型 天线电路相连，组成射频通信电路的发射和接收回路；其中射频通信电路的模 拟电路部分供电系统和数字电路供电系统通过电感进行隔离；
红外通信电路，由串口扩展电路、红外接收和红外发射电路组成，用于本 地参数设置；其中串口扩展电路由芯片TL16C550及其外围电路组成，芯片 TL16C550的数据线和地址线同主CPU的地址线和数据线相连接；芯片 TL16C550的读写控制信号输入引脚同主CPU的读写控制信号输出引脚相连， 芯片TL16C550的串口发送端子同红外发射电路相连，芯片TL16C550的串口接 收端子同红外接收电路相连；红外发射电路采用一个与非门芯片和两个红外发 射管组成；
以太网接口电路，包括以太网芯片、总线驱动器芯片和网桥，用于本地调
试；其中以太网芯片的数据和地址线总线通过总线驱动器芯片隔离后与主CPU
的数据和地址总线相连，数据线总线釆用16位数据线；其中总线驱动器芯片主
要将数据和地址总线上的设备隔离开，防止总线冲突。
综上所述，本发明所提供的智能IC卡预付费管理装置与营销计量表装置并 行运行，采用IC卡做为购电载体，用户携带IC卡到供电部门进行购电后，到 本装置处刷卡充值，装置根据用户所购电量和营销计量表电量进行用电控制；
本装置采用GSM/GPRS/CDMA等无线通讯手段将现场信息急时报送主站平台， 供电力部门分析抉择。可以支持远程跳闸操作，这样既可以在现场出现故障的 情况下控制用户用电，也可以错峰用电的情况下对用户拉闸限电。可以实现基 于IC卡电力预付费，同时该装置支持多种类型数据的采集，支持对相关数据进 行实时分析、存储等功能，支持通过GSM/GPRS、 CDMA等网络传输现场时实 数据，从而避免了传统电力大客户预付费方式无法及时了解现场电表情况的问 题。
图1为本发明所提供的智能IC卡预付费管理装置的功能模块连接图2为控制回if各电-各图3为GPRS/GSM无线通信回路电路图4为射频通信电路图5 (a)为串口扩展电路图5 (b)为芯片74HC245的地址线和数据线的连接图； 图5 (c)为红外发射电路图； 图6 ( a)为以太网芯片RTL8019AL的电i 各图； 图6 (b)为总线驱动器芯片74HC245低位数据线的连接图； 图6 (c)为总线驱动器芯片74HC245高位数据线的连4^图； 图6 (d)为总线驱动器芯片74HC245地址线的连接图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细的描述。
本发明所提供的智能IC卡预付费管理装置主要由壳体以及壳体内部的电 源、32位嵌入式CPU、数据存储电路、IC卡通信电路、GSM/GPRS/CDMA模 块驱动电路、以太网通信电路、485数据采集电路、跳闸控制电路、脉冲采集电
路、状态量采集电路、LCD显示电路、键盘控制电路、声光报警电路等组成。 如图所示， 一种智能IC卡预付费管理装置，包括
测量电路，是由电压互感器、电流互感器、电阻网络和交流采样芯片组成 的电子转换和采样电路，其输入端由1个三相电流互感器和3个电压互感器组 成的测量回路与电网偶合，所述交流采样芯片通过SPI通信接口或串口与主CPU 相连；
控制回路，由主CPU、单片机和状态量采集电路组成，所述单片机的信号 输入端与状态量采集电路的输出端相连，所述单片机的控制输出端与控制电路 的输入端相连，所述主CPU串口的发送口和单片机串口的接收口相连，主CPU 串口的接收口和单片机串口的发送口相连；
动作电路，其输入端通过6个光藕与所述单片机的控制引脚相连，用来实 现控制电路与控制回路的电气隔离；三极管与光藕相连，用于放大驱动继电器 线圏的电流；二极管与继电器线圏并联，构成继电器线圏续流电路；
脉沖釆集回路，由主CPU、单片机、脉冲采集电路组成，其中单片机的信 号输入端与脉冲采集电路的信号输出端相连；
GPRS/GSM无线通信回路，由主CPU、 GPRS/GSM通信模块、SIM卡座、 非门芯片、发光二极管和射频天线组成；其中GPRS/GSM通信模块通过串口与 主CPU连接，通过SPI总线与SIM卡座相连，通过RF同轴电缆与射频天线相 连；
485总线电路，由485芯片、光藕、直流转换模块、双向二极管和共模电感 组成；其中直流转换模块输入端与电源主系统相连，输出端与485总线电路相 连，为485总线电路提供5V电源并同主系统电源进行隔离；其中双向二极管的 一端分别接到485差分总线上，另一端接入大地引线端子；共模电感串入485
差分总线，抑制共模干扰；该电路输入端通过光藕与主CPU的l号串口的发送 引脚相连，输出端通过光藕与主CPU的l号串口的接收引脚相连；
射频通信电路，由射频芯片FM1702SL电路和PCB天线组成，射频芯片通 过SPI总线与主CPU相连，主CPU用A7普通I/0 口模拟SPI总线的输入口与 射频芯片FM1702SL电路的12号引脚相连，用A12普通I/O 口模拟SPI总线的 输出口与射频芯片FM1702SL电路的14号引脚相连，用A24普通I/O 口模拟 SPI总线的时钟信号线与射频芯片FM1702SL电路的13号引脚相连，用A20普 通I/O 口模拟SPI总线的片选信号线与射频芯片FM1702SL电路的15号引脚相 连，用A22普通I/O 口模拟复位输出口与射频芯片FM1702SL电路的23号引脚 相连；射频芯片FM1702SL电路的TX1、 TX2、 RX与PCB环型天线电路相连， 组成射频通信电路的发射和接收回路；其中射频通信电路的模拟电路部分供电 系统和数字电路供电系统通过电感进行隔离；
红外通信电路，由串口扩展电路、红外接收和红外发射电路组成；其中串 口扩展电路由芯片TL16C550及其外围电路组成，芯片TL16C550的数据线和地 址线同主CPU的地址线和数据线相连接；芯片TL16C550的读写控制信号输入 引脚同主CPU的读写控制信号输出引脚相连，芯片TL16C550的串口发送端子 同红外发射电路相连，芯片TL16C550的串口接收端子同红外接收电路相连；红 外发射电路采用 一个与非门芯片和两个红外发射管组成；
以太网接口电路，由10/100M以太网芯片RTL8019AL及外围电路、总线驱 动器芯片、网桥组成；其中10/100M以太网芯片RTL8019AL的数据和地址线总 线通过总线驱动器芯片74hc245隔离后与主CPU的凝:据和地址总线相连，数据 线总线采用16位数据线；其中D1、D2分别同10/100M以太网芯片RTL8019AL 的发送和接收信号指示引脚相连，10/100M以太网芯片RTL8019AL的TPIN+、
分别与网络变压器的差分信号线相连；其中总线驱动器芯片74HC245主要将数 据和地址总线上的i殳备隔离开，防止总线沖突。
该智能IC卡预付费管理装置与营销计量表并行运行，通过RS485总线采集 营销计量表数据，通过IC卡取得用户购电量，二者数据送入核心芯片S3C44B0X 中进行实时计算分析，并将分析结果存储到FLASH存储器中，同时根据分析结 果判断是否需要跳闸控制，核心芯片S3C44B0X将控制信息送入单片机 PIC16F877A中，再由PIC16F877A对控制电路进行控制操作。装置中的 GSM/GPRS/CDMA等无线通讯^f莫块可将现场信息实时上才艮，主站平台也可通过 无线通讯模块对现场进行监测。本装置的红外通讯电路用于本地参数设置；以 太网口用于本地调试及设备以太网方式联结入网；LCD和4务建用于本地查询； 脉冲电路用于采集脉沖电能表电量；状态量采集电路用于监测继电器控制状态， 实现装置的闭环控制。
该智能IC卡预付费管理装置是针对营销系统中的大宗用户拖欠费问题而设 计，本装置采用先付费后用电的模式，对用户的电量余额进行实时扣减和监测， 并根据用户的电量剩余情况对用户实施告警提示和断电控制，为供电企业解决 用户拖欠费问题提供了一种无风险的经营方式，起到降低收费难度、避免欠费 行为、防止呆帐死帐的作用；同时通过该系统负荷控制功能也可实现错峰限电， 以保证有序用电。
权利要求
1、一种智能IC卡预付费管理装置，其特征在于，所述智能IC卡预付费管理装置包括测量电路，是由电压互感器、电流互感器、电阻网络和交流采样芯片组成的电子转换和采样电路，其输入端由1个三相电流互感器和3个单相电压互感器组成的测量回路与电网偶合，所述交流采样芯片通过SPI通信接口或串口与主CPU相连；控制回路，由主CPU、单片机和状态量采集电路组成，所述单片机的信号输入端与状态量采集电路的输出端相连，所述单片机的控制输出端与控制电路的输入端相连，所述主CPU串口的发送口和单片机串口的接收口相连，主CPU串口的接收口和单片机串口的发送口相连；所述状态量采集电路用于监测继电器控制状态，实现装置的闭环控制；动作电路，其输入端通过6个光藕与所述单片机的控制引脚相连，用来实现控制电路与控制回路的电气隔离；三极管与光藕相连，用于放大驱动继电器线圈的电流；二极管与继电器线圈并联，构成继电器线圈续流电路；脉冲采集回路，由主CPU、单片机、脉冲采集电路组成，用于采集脉冲电能表电量；其中单片机的信号输入端与脉冲采集电路的信号输出端相连；GPRS/GSM无线通信回路，由主CPU、GPRS/GSM通信模块、SIM卡座、非门芯片、发光二极管和射频天线组成；其中GPRS/GSM通信模块通过串口与主CPU连接，通过SPI总线与SIM卡座相连，通过RF同轴电缆与射频天线相连；485总线电路，由485芯片、光藕、直流转换模块、双向二极管和共模电感组成；其中直流转换模块输入端与电源主系统相连，输出端与485总线电路相连，为485总线电路提供5V电源并同主系统电源进行隔离；其中双向二极管的一端分别接到485差分总线上，另一端接入大地引线端子；共模电感串入485差分总线，抑制共模干扰；该电路输入端通过光藕与主CPU的1号串口的发送引脚相连，输出端通过光藕与主CPU的1号串口的接收引脚相连；射频通信电路，由射频芯片FM1702SL电路和PCB天线组成，射频芯片FM1702SL电路通过SPI总线与主CPU相连，主CPU用A7普通I/O口模拟SPI总线的输入口与射频芯片FM1702SL电路的12号引脚相连，用A12普通I/O口模拟SPI总线的输出口与射频芯片FM1702SL电路的14号引脚相连，用A24普通I/O口模拟SPI总线的时钟信号线与射频芯片FM1702SL电路的13号引脚相连，用A20普通I/O口模拟SPI总线的片选信号线与射频芯片FM1702SL电路的15号引脚相连，用A22普通I/O口模拟复位输出口与射频芯片FM1702SL电路的23号引脚相连；射频芯片FM1702SL电路的TX1、TX2、RX与PCB环型天线电路相连，组成射频通信电路的发射和接收回路；其中射频通信电路的模拟电路部分供电系统和数字电路供电系统通过电感进行隔离；红外通信电路，由串口扩展电路、红外接收和红外发射电路组成，用于本地参数设置；其中串口扩展电路由芯片TL16C550及其外围电路组成，芯片TL16C550的数据线和地址线同主CPU的地址线和数据线相连接；芯片TL16C550的读写控制信号输入引脚同主CPU的读写控制信号输出引脚相连，芯片TL16C550的串口发送端子同红外发射电路相连，芯片TL16C550的串口接收端子同红外接收电路相连；红外发射电路采用一个与非门芯片和两个红外发射管组成；以太网接口电路，包括以太网芯片、总线驱动器芯片和网桥，用于本地调试及设备网络联结；其中以太网芯片的数据和地址总线通过总线驱动器芯片隔离后与主CPU的数据和地址总线相连，数据线总线采用16位数据线；其中总线驱动器芯片主要将数据和地址总线上的设备隔离开，防止总线冲突。
全文摘要
本发明公开了一种智能IC卡预付费管理装置，用于解决电力大客户预付费管理、控制及监测。该装置主要由壳体以及壳体内部的电源、32位嵌入式CPU、数据存储电路、IC卡通信电路、GSM/GPRS/CDMA模块驱动电路、以太网通信电路、485数据采集电路、跳闸控制电路、脉冲采集电路、状态量采集电路、LCD显示电路、键盘控制电路、声光报警电路等组成。通过该装置可以实现基于IC卡电力预付费，同时该装置支持多种类型数据的采集，支持对相关数据进行实时分析、存储等功能，支持通过GSM/GPRS、CDMA等网络传输现场时实数据，从而避免了传统电力大客户预付费方式无法及时了解现场电表情况的问题。
文档编号G07F15/06GK101393667SQ20081004630
公开日2009年3月25日 申请日期2008年10月20日 优先权日2008年10月20日
发明者晓 付, 刘贵松, 波 周, 毅 李, 杜小波, 王更生, 申庆伟, 鄢知辉, 雷高军 申请人:成都华立达电力信息系统有限公司